粘土心墻壩填筑過程質(zhì)量檢測(cè)與控制

□艾尼·努爾塔扎（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局）

1.工程概況

北方某水利工程具有灌溉、發(fā)電、防洪等綜合效益，水庫(kù)總庫(kù)容14.16億m2，電站裝機(jī)容量256M W，控制灌溉面積27.9萬hm2。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），該工程劃分為大（1）型Ⅰ等工程。攔河壩壩型為碾壓式粘土心墻堆石壩，為一級(jí)建筑物,壩頂高程802.4m，最大壩高86.4m，大壩頂寬9.6m，壩頂長(zhǎng)度289.6m。壩軸線布置在河左岸4#溝和右岸14#溝內(nèi)，心墻軸線位于壩軸線上游3.0m。粘土心墻采用壩址區(qū)第四系風(fēng)積黃土填筑，粘土心墻頂部高程800.8m，頂部寬度4.8m，兩側(cè)邊坡1：0.30，為正心墻。在粘土心墻兩側(cè)，依次設(shè)置反濾層和過渡層。壩殼以砂礫料、堆石料為主填筑，滲透系數(shù)較大，透水性能良好。

2.氣候條件

該河流域高山環(huán)抱，宏觀地勢(shì)東高西低，南高北低。主要分水嶺為哈爾克山、那拉提山、克特綿山、阿拉喀爾山，分布有永久性積雪和冰川。受伊犁河流域三面環(huán)山，向西敞開的獨(dú)特地形影響，使來自北冰洋的寒流及塔克拉瑪干沙漠的干熱氣流被高山阻隔難以進(jìn)入，而來自大西洋黑海、巴爾喀什湖的暖濕氣流則可長(zhǎng)驅(qū)直入，使得本區(qū)域的氣候呈大陸性溫帶氣候。表現(xiàn)為溫和濕潤(rùn)，雨量充沛、晝夜溫差大、夏熱少酷暑、冬冷少嚴(yán)寒，春溫回升迅速、秋溫下降快。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳練庀笥^測(cè)資料，該工程的氣象要素如下：

多年平均氣溫：8.8℃

歷年極端最高氣溫：39.5℃（1974）

歷年極端低氣溫：-32℃（1969）

多年平均降水量：334.02m m

多年平均蒸發(fā)量：1961.04m m

多年平均風(fēng)速：3.3m/s

最大風(fēng)速：24m/s（風(fēng)向 W NW）

多年平均日照時(shí)數(shù)：2679h

多年平均雷暴日數(shù)：40d

多年平均相對(duì)濕度：68%

最大積雪深度：65.0cm(1966.1)

最大凍土深度：80.0cm(1984.1)

各月多年平均氣溫見表1。

表1 各月多年平均氣溫設(shè)計(jì)值表

3.壩址區(qū)工程地質(zhì)簡(jiǎn)介

壩址區(qū)岸坡陡峻,河谷狹窄呈“V”型,坡度75°～80°。河床基巖多裸露，覆蓋層厚度0.5～2.0m。兩壩肩為溝梁相間的梳狀地形,沖溝走向與河谷近直交,規(guī)模大小不一,地形凌亂。壩址區(qū)巖層陡立,走向與河谷近正交,與壩軸線交角15°～20°,巖層為C1d1～C1d2,巖性為相間分布的凝灰?guī)r、泥晶灰?guī)r夾少量凝灰質(zhì)砂巖，層理明顯，以中厚、厚層狀為主，局部為塊狀。心墻基礎(chǔ)處在同一巖組上，巖體完整性較好，巖性為第六層（C1d6）泥晶灰?guī)r（局部夾凝灰?guī)r），左壩肩巖層產(chǎn)狀80°～90°NW∠15°～20°右壩肩巖層產(chǎn)狀290°～295°NE∠80°～90°。泥晶灰?guī)r呈灰黑色，主要由微晶、粉晶碳酸鹽礦物組成，屬堅(jiān)硬巖。第六層（C1d6）兩側(cè)為第五層（C1d5）和第七層（C1d7）的灰綠凝灰?guī)r，主要由玻屑和火山灰組成，巖性堅(jiān)硬。

4.壩體填筑分區(qū)

主壩填筑分區(qū)按設(shè)計(jì)分為：爆破料區(qū)、利用料區(qū)、砂礫料區(qū)、過渡料區(qū)、反濾料區(qū)、粘土心墻填筑區(qū)。各分區(qū)填筑特性見表2。

表2 主壩填筑分區(qū)特性表

5.填筑施工控制參數(shù)

各種壩料的施工參數(shù)均由碾壓試驗(yàn)確定，碾壓試驗(yàn)報(bào)監(jiān)理部批準(zhǔn)后執(zhí)行。各分區(qū)填筑施工控制參數(shù)見表3。

表3 主壩填筑碾壓控制參數(shù)表

6.壩體填筑質(zhì)量控制程序和檢查、檢測(cè)

該工程粘土心墻壩是一座百米大壩，壩體填筑質(zhì)量至關(guān)重要，加強(qiáng)壩體填筑過程質(zhì)量檢測(cè)與控制至為關(guān)鍵。要建造一座優(yōu)質(zhì)大壩，必須嚴(yán)格控制料源質(zhì)量，壩體填筑過程中上壩料質(zhì)量控制實(shí)行壩料開采許可證制度，首先在料場(chǎng)復(fù)查及規(guī)劃的基礎(chǔ)上，確定合格壩料的開采范圍并對(duì)料場(chǎng)表層覆蓋進(jìn)行剝離、壩料制備，由施工單位質(zhì)檢試驗(yàn)部門檢查、檢測(cè)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師檢查、抽檢、驗(yàn)收合格后，簽署開采許可證方可用于壩體填筑。

壩體鋪料填筑質(zhì)量控制上，以碾壓施工參數(shù)及施工工藝為主，試坑取樣檢測(cè)為輔，實(shí)行填筑鋪料許可證制度。在壩基清理或填筑層壓實(shí)檢測(cè)、壩面檢查等“三檢”的基礎(chǔ)上，施工單位自檢合格后，提供測(cè)量、檢查、檢測(cè)等資料報(bào)經(jīng)監(jiān)理工程師審查，并經(jīng)壩面檢查、壓實(shí)抽檢驗(yàn)收合格后，簽署鋪料許可證，方能進(jìn)行下一層壩體填筑。對(duì)壩體填筑數(shù)層后，由監(jiān)理部組織，建設(shè)單位、質(zhì)量監(jiān)督站、委托試驗(yàn)室、施工單位參加進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)、檢查。

為便于壩體填筑壓實(shí)質(zhì)量控制，根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范和施工質(zhì)量評(píng)定有關(guān)規(guī)定及設(shè)計(jì)技術(shù)要求，并結(jié)合大壩工程特點(diǎn)，工程監(jiān)理機(jī)構(gòu)應(yīng)與項(xiàng)目法人質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)（實(shí)驗(yàn)室）、施工單位共同研究確定取樣檢測(cè)頻次計(jì)劃，并報(bào)經(jīng)質(zhì)量監(jiān)督項(xiàng)目站批準(zhǔn)。填筑質(zhì)量控制辦法為：每一填筑層由項(xiàng)目部質(zhì)檢站一檢，檢測(cè)干密度、相對(duì)密度、孔隙率及壓實(shí)度；粘土心墻填筑以每一填筑段，反濾料、過渡料填筑以每填筑2m，砂礫料、利用料、爆破料填筑以每填筑5m，由質(zhì)檢站、監(jiān)理部、中心試驗(yàn)室聯(lián)合進(jìn)行二檢（取樣坑位由監(jiān)理部指定），檢測(cè)干密度、相對(duì)密度、孔隙率、含泥量、填筑料級(jí)配。坑檢取樣組數(shù)見表4。質(zhì)量檢查頻率大大超過規(guī)范要求頻率。

表4 壩面坑檢取樣組數(shù)統(tǒng)計(jì)表

7.壩體填筑質(zhì)量控制分析

7.1 壩體填筑質(zhì)量一檢評(píng)價(jià)

各分區(qū)壩料一檢檢測(cè)主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析成果見表5。表中統(tǒng)計(jì)參數(shù)表明壩體各分區(qū)填筑質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

7.1.1 粘土心墻壩T1土料填筑

T1土料填筑4166組數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析：干密度最大值1.88g/cm3、最小值 1.75g/cm3、平均值 1.79g/cm3、標(biāo)準(zhǔn)差 0.02、離差系數(shù)0.01，干密度離差系數(shù)＜0.1，強(qiáng)度保證率98.3%,均滿足設(shè)計(jì)要求；從質(zhì)量管理直方圖上分析：T1土料壩體填筑質(zhì)量遵循正態(tài)分布。

表5 主壩填筑檢測(cè)技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表（一檢）

圖1 T1土料干密度分布圖

7.1.2 粘土心墻壩T3土料填筑

圖2 T3土料干密度分布圖

T3土料填筑1508組數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析：干密度最大值1.89g/cm3、最小值 1.75g/cm3、平均值1.79g/cm3、標(biāo)準(zhǔn)差 0.019、離差系數(shù)0.011，干密度離差系數(shù)＜0.1，強(qiáng)度保證率98.3%,均滿足設(shè)計(jì)要求；從質(zhì)量管理直方圖上分析：T3土料壩體填筑質(zhì)量遵循正態(tài)分布。

7.1.3 粘土心墻壩反濾料填筑

反濾料填筑361組數(shù)，相對(duì)密度最大值1、最小值0.85、平均值0.95、標(biāo)準(zhǔn)差0.044、離差系數(shù)0.046；相對(duì)密度≥0.85，離差系數(shù)＜0.1，滿足設(shè)計(jì)要求。

7.1.4 粘土心墻壩過渡料填筑

過渡料填筑347組數(shù)，相對(duì)密度最大值1、最小值0.85、平均值0.93、標(biāo)準(zhǔn)差0.040、離差系數(shù)0.043；相對(duì)密度≥0.85，離差系數(shù)＜0.1，滿足設(shè)計(jì)要求。

7.1.5 粘土心墻壩砂礫料填筑

砂礫料填筑303組數(shù)，相對(duì)密度最大值1、最小值0.85、平均值0.91、標(biāo)準(zhǔn)差0.035、離差系數(shù)0.039；相對(duì)密度≥0.85，離差系數(shù)＜0.1，滿足設(shè)計(jì)要求。

7.1.6 粘土心墻壩爆破堆石料填筑

爆破堆石料填筑137組數(shù)，孔隙率最大值19.1%、最小值14.66%、平均值17.51%、標(biāo)準(zhǔn)差0.88、離差系數(shù)0.05；孔隙率≥20%，離差系數(shù)＜0.1，滿足設(shè)計(jì)要求。

7.1.7 粘土心墻壩利用料填筑

利用料填筑92組數(shù)，孔隙率最大值19.1%、最小值13.91%、平均值17.44%、標(biāo)準(zhǔn)差0.92、離差系數(shù)0.053；孔隙率≥20%，離差系數(shù)＜0.1，滿足設(shè)計(jì)要求。

7.2 壩體填筑質(zhì)量二檢評(píng)價(jià)

各分區(qū)壩料二檢檢測(cè)主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析成果見表6。表中統(tǒng)計(jì)參數(shù)表明壩體各分區(qū)填筑質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表6 主壩填筑檢測(cè)技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表(二檢)

8.結(jié)論

該工程粘土心墻壩的填筑，受施工時(shí)間、雨季施工、壩體度汛高程的提高等各種不利因素的影響，對(duì)承包商的合同履約能力提出了巨大的挑戰(zhàn)，通過加強(qiáng)施工的技術(shù)管理、質(zhì)量控制，進(jìn)度控制，順利實(shí)現(xiàn)了承包合同的各階段控制目標(biāo)并順利通過水利部水規(guī)總院組織的安全鑒定，施工期壩體沉降28cm，認(rèn)為壩體填筑總體質(zhì)量良好。